海上风力发电场在世界范围内日益普及,由于对较高风能的需求和近海海域场地限制,风电开发逐渐向深海海域迈进,半潜浮式风机相较于固定式风机能够更好应对深海海域复杂的海况。本文基于CFD软件STAR-CCM+,采用计算流体力学方法和动态重叠网格技术,对粘性流体中的半潜浮式风机系统进行数值模拟。为了验证该软件数值模拟的准确性,本文首先对风机的气动力性能和浮式平台的水动力性能进行了计算,并与试验结果进行对比;然后建立了三维粘性数值波浪水池模型,选用10 MW半潜浮式风机系统,结合Catenary Coupling准静态系泊模块搭建风机—平台—锚泊耦合的多体运动模型;最后采用Navier-Stokes(NS)求解器,选取模型计算不同风机叶轮俯仰角度下海上浮式风机系统的运动响应及锚链载荷等。计算结果表明风机叶轮俯仰角度的改变对风机功率的影响明显,对推力的影响较

间隙流动对泵喷推进器的水动力性能及流激振动特性具有重要影响。针对刷式密封无间隙泵喷推进器的设计和性能开展研究,采用各向异性多孔介质模型表征刷式密封,建立了刷丝束双向流固耦合模型与含多孔介质的泵喷推进器敞水计算流体力学模型。根据流固耦合仿真试验确定多孔介质模型控制方程动力源项中的阻力系数,利用正交试验优化了刷式密封的结构参数,计算了优化后的刷式密封无间隙泵喷推进器的水动力性能。通过与空泡水筒试验结果对比分析可知,相比于理想无间隙泵喷计算模型,采用多孔介质可以将扭矩计算精度提高4%。基于验证的多孔介质数值模型,开展非定常计算,获得刷式密封无间隙泵喷推进器的激励力特性,结果表明,刷式密封无间隙泵喷推进器的轴向推力脉动频谱与扭矩频谱在叶频及倍叶频处下降一个数量级。

针对小型水下机器人推进器效率低、抗压能力弱的问题,设计一种小型自补偿式水下推进器。该推进器采用油囊的密封方式,利用内外压差进行油液的自我补偿,避免了因油液轻微泄漏导致整个推进器失效的情况发生,保证推进器使用的可靠性。对自补偿模块的密封性能进行有限元分析以及对推进器的水动力性能进行计算仿真,并进行压力与推力实验测试。测试结果与仿真结果均表明,设计的自补偿式水下推进器具有良好的密封性能和水动力特性,验证了设计的可靠性。

为了提高水下航行器性能,文中利用商用CFD软件ANSYSCFX对某环驱式集成电机推进器水动力性能进行分析,基于SSTk-ω湍流模型,建立了包括控制方程、计算域、网格生成、边界条件在内的集成电机推进器三维流场数学模型。给出环驱式集成电机推进器敞水特性规律,计算结果显示进速系数为0.9时,敞水效率可以到达58.32%。

基于Fluent软件对混流泵转速、流量和表面粗糙度等不同情况下的内部流场、压力分布以及水动力性能进行了详细研究；分析了叶片压力面、吸力面压力分布规律和速度分布情况，得到混流泵叶片压力面和吸力面之间的压力差与效率、扬程之间的内在关系。研究表明：混流泵的水动力性能随着转速的增大而逐渐增大的；而混流泵的力矩和功率随着表面粗糙度的增大而增大，效率和扬程却明显降低。